Новые возможности ANSYS CFD R19.0. Часть 1

С новой версией ANSYS 19, каждый инженер может проводить расчеты гидрогазодинамики намного быстрее. Инженеры смогут извлекать больше пользы из новых улучшений, касающихся автоматизации, производительности и удобства использования. Кроме того, ANSYS 19 включает в себя новые опции и улучшенные модели, которые позволяют инженерам решать CFD-задачи с более высокой точностью. Особенно это касается физических процессов, которые были достаточно сложными и трудоемкими для моделирования ранее используемыми методами. В ANSYS 19 также появилась новая лицензия ANSYS Chemkin Enterprise, которая позволяет быстро и точно рассчитывать горение и химические реакции.

Для начала рассмотрим самые существенные изменения ANSYS 19.

 

Новый пост-процессор ANSYS EnSight

В первую очередь хотелось бы сказать о появлении нового продукта ANSYS EnSight, который позволяет проводить пост-обработку и визуализацию результатов, полученных не только в продуктах компании ANSYS, но и сторонних приложениях. Предлагая больше, чем просто фотореалистичные анимации, ANSYS EnSight позволяет объединить данные из нескольких расчетных модулей и других источников, что значительно упрощает процесс исследования сложных систем и процессов.

 

Многофазные течения

Быстрое и точное моделирование распыла

Для того, чтобы оптимизировать производительность изделия, конструкторам форсунок необходимо иметь возможность проводить детальное моделирование и точно предсказывать распределение капель по размерам, а также знать множество характеристик распыла. В струйных форсунках, происходит непрерывное дробление жидкости, что в конечном итоге приводит к формированию мелких капель. Конечное распределение капель по размерам будет определять процесс испарения, а в случае систем сжигания топлива гомогенность топливовоздушной смеси. Ранее было нецелесообразно вычислять распределение капель по размерам, используя стандартные методы. Новые возможности ANSYS Fluent позволяют значительно сократить вычислительные затраты при решении задач распыла. ANSYS Fluent использует модель VOF для того, чтобы напрямую отследить неустойчивость границы раздела фаз и эффекты поверхностного натяжения, которые отвечают за формирование лигаментов и капель. Затем подключается более быстрый и эффективный с точки зрения потребления вычислительных ресурсов метод Лагранжа, который отслеживает траектории капель в пространстве.

 

Динамические сетки позволяют явно предсказать разрушение трубопровода вследствие эрозии

Инженеры стремятся максимизировать срок службы изделия и оптимизировать программу профилактического обслуживания для того, чтобы точно спрогнозировать расположение и степень эрозийного износа в трубопроводах, в которых протекает среда с частицами. Ранее недеформируемые сетки не могли учитывать изменения, возникающие в конструкции трубы, вызванные эрозией и соответственно их воздействие на поток среды, тем самым снижая точность вычислений. Новые технологии, реализованные в Fluent, позволяют автоматически связать изменения в конструкции, вызванные эрозией с моделями динамических сеток, чтобы моделирование более полно отражало разрушение конструкции вследствие эрозийного износа.

Далее кратко перечислим основные улучшения, которые появились в ANSYS Fluent 19.

 

Численные методы

Улучшение алгебраического многосеточного решателя (AMG)

Теперь опция conservative coarsening доступна (по умолчанию) для скалярных уравнений, используемых в дополнительных моделях.

Также опция «агрессивного» загрубления матрицы коэффициентов реализована на полнофункциональном уровне. Данную опцию рекомендуется использовать, в случае, когда AMG-решатель расходится с настройками по умолчанию.

 

Динамические и перекрывающиеся сетки

Улучшения перекрывающихся сеток (OversetMesh)

В новой версии ANSYS Fluent 19 перекрывающиеся сетки теперь совместимы со следующими моделями:

• Множественные подвижные системы координат (MRF).
• Пользовательские скаляры.
• Многофазная модель Mixture (негранулярные течения) с межфазным массообменом за счет кавитации и испарения-конденсации.
• Многофазная модель VOF с межфазным массообменом за счет кавитации и испарения-конденсации.

Кроме того, теперь зона сетки-компонента может состоять из нескольких сеточных зон, но между собой они должны быть связаны через конформный интерфейс.

Также в перекрывающиеся интерфейс могут входить только сетки компоненты (фоновую сетку при этом иметь не обязательно).

 

Улучшения динамических сеток

Ранее опция определения контакта (contact detection) работала только в нестационарном режиме, но теперь у пользователей появилась возможность использовать данную опцию совместно с моделью динамических сеток и в стационарной постановке.

Теперь при решении FSI-задач деформация с одной стороны неконформного интерфейса автоматически передается на другую сторону интерфейса в случае, если движение было задано пользователем или с подключением опции system coupling. При этом доступно два метода:

• Метод displacement: две стороны «приклеены» друг к другу (по умолчанию).
• Метод projection: происходит скольжение между сторонами интерфейса.

 

Пользовательский интерфейс

Основные улучшения пользовательского интерфейса

Разработчики Fluent продолжают работать над удобством графического интерфейса и данный релиз не стал исключением. Во-первых, теперь у пользователей появилась возможность быстро отображать интересующую граничную область прямо из дерева проекта, нажав правую кнопку мыши и выбрав из контекстного меню Add to Graphics. Во-вторых, в верхней части дерева проекта появился поисковой фильтр, который позволяет быстро найти интересующий вас объект.

 

Удаленная визуализация

С помощью клиентской утилиты ANSYS Fluent Remote Visualization Client вы можете визуализировать процесс решения нескольких сессий Fluent, которые запущены в batch-режиме (только для Linux) или в интерактивном режиме на удаленных серверах. Теперь вы можете просматривать результаты, контролировать сходимость, менять параметры решения и многое другое.

 

Физические модели

Горение и многокомпонентные течения

• В новой версии Fluent создание Flamelet-библиотек происходит в 10 раз быстрее за счет использования нескольких процессорных ядер.
• Опция Automated Grid Refinement может использоваться при создании PDF-таблиц для модели FGM.
• Появился новый метод, позволяющий ускорить расчет химических реакций «Dynamic Adaptive Chemistry», доступный для решателя Chemkin-CFD.

 

Лагранжева модель

При моделировании пленки жидкости в лагранжевой постановке для удобства вычисления массовой доли компонента пленки была добавлена новая переменная Film Mass Fraction of material-i и переменная Wall Coverage (покрытие стенки).

В новой версии Fluent появилась возможность предварительного просмотра положения и ориентации впрыска (injection) при задании их свойств при помощи кнопки Update Injection Display в вкладке Point Properties в диалоговых окнах Set Injection Properties и Set Multiple Injection Properties.

Также теперь при моделировании систем выборочного каталитического восстановления (SCR) доступна возможность оценки риска осаждения твердых отложений. Коэффициент риска рассчитывается как безразмерная величина, изменяющиеся в пределах от 0 до 1.

 

Модель Эйлера

Далее кратко перечислим основные улучшения, которые коснулись эйлеровой модели:

• Настройка адаптивного шага по времени, которая ранее была доступна только для моделей VOF и Eulerian с опцией Multi-Fluid VOF, теперь доступна для всех многофазных моделей.
• Схемы дискретизации объемной доли Compressive и Modified HRIC, которые ранее были доступны только для моделей VOF и Eulerian с опцией Multi-Fluid VOF, теперь доступны для всех многофазных моделей.
• Для дисперсных многофазных систем, состоящих из более чем двух фаз, теперь используется более точный и последовательный подход для моделирования межфазного теплообмена. В новом подходе сначала рассчитываются коэффициенты теплоотдачи для каждой фазы и затем вычисляется коэффициент межфазного теплообмена на основе модели сопротивления.
• Также теперь для пористых сред возможно указать минимальную относительную проницаемость (Minimum Relative Permeability), как для смачивающей, так и для несмачивающей фазы (вкладка Porous Zone диалогового окна Fluid). Это в свою очередь позволяет избежать завышенных и заниженных значений насыщения фазы (т.е. насыщение фазы не может упасть ниже минимально допустимого уровня) при моделировании задачи в течении большого промежутка времени.

- В рамках эйлеровой модели, теперь полностью поддерживается возможность расчета эффекта капиллярного давления в пористых доменах. Также в модели Skjaeveland были изменены значения параметров, которые используются по умолчанию с целью повышения точности вычислений.

Моделирование капиллярного эффекта.

 

Adjoint Solver

Улучшения модуля Adjoint Solver

Основное улучшение модуля Adjoint Solver состоит в том, что теперь у пользователей появилась возможность вычислять интеграл целевой функции на усеченной изоповерхности.

В новом релизе Fluent теперь при задании условий оптимизации в панели Design Tool некоторые настройки можно объявить свободными параметрами, отключив для них опцию Prescribed. Это может ускорить оптимизацию формы конструкции, так как Design Tool будет в автоматическом режиме подбирать значения параметров, с целью удовлетворения ваших целей оптимизации. Настройки, которые могут быть свободными параметрами:

• Scale Factor (масштабный коэффициент) для условия prescribed-profile (заданный профиль деформации формы).
• Angle (угол) для условия rotation (поворот).
• Displacement (перемещение) для условия translation (сдвиг).
• Factor (коэффициент) для условия scaling (масштабирование).

Кроме того, теперь инструмент Design Tool позволяет задавать условие абсолютно твердого тела (rigid-body) для поверхностей (или усеченных изоповерхностей), т.е. данные поверхности будут перемещаться без деформации.

Во второй части мы расскажем о новых улучшениях CFX и турбо-приложений ANSYS 19.0.

Дополнительную информацию о новых возможностях ANSYS 19.0 вы можете получить в разделе документации ANSYS, Inc. Release Notes.